An analytical model to simulate the behaviors of composite girder bridges considering the construction sequence and the time-dependent effects of concrete is presented in this study. The effects of time-dependent deformation of concrete(creep and shrinkage), relaxation and losses of prestressing steel, the partial interaction, the slab deck casting sequence, and the continuity of spans are taken into consideration, and the related numerical implementations are described.
Based on the equilibrium of forces and compatibility of strains with time, the prediction of stresses and strains in the constitutive materials at any time is achieved. To consider the different material properties across the sectional depth, the layer approach in which a section is divided into imaginary concrete and steel layers is adopted. The element stiffness matrix is constructed according to the assumed displacement field formulation, and the creep and shrinkage effects of concrete are considered in accordance with the first-order recursive algorithm based on the expansion of compliance function. A linear partial interaction theory is adopted in formulation of the partial interaction behavior, and a linear load-slip relation is assumed for the computational convenience.
Correlation studies between analytical and experimental results are conducted with the objective of establishing the validity of the proposed model. The two representative types of the bridge are analyzed for the structural behaviors. One type is the casting-in-situ concrete deck and steel girder bridge, and the other is the casting-in-situ concrete deck and precast prestressed concrete girder bridge. Finally, based on the results, the crack control of the deck concrete that is important in concrete structures is described with applying ACI shrinkage model.
시공과정과 콘크리트의 시간에 따른 현상을 고려한 합성형 교량의 거동이 이 연구에서 제안된 해석모델이 사용되어 해석되었다. 제안된 해석모델에는 콘크리트의 시간에 따른 변형(크리프, 건조수축), 긴장재의 응력이완과 손실, 부분 전단연결, 콘크리트 바닥판의 타설순서 등에 의한 효과등이 고려되었으며 이와 관련된 수치해석이 수행되었다.
시간에 따른 힘의 평형과 변형의 적합조건을 기초로 하여 임의 시간에서 구성관계인 응력과 변형률의 관계가 구축되었다. 또한 단면의 깊이에 따라 다른 재료성질을 고려하기 위해 단면을 가상의 층으로 구성된 것으로 가정하는 적층단면이 적용되었다. 요소 강성행렬은 변위법에 의하여 구성되었으며 크리프의 효과는 크리프 compliance 전개를 사용한 1차 순환 알고리즘이 적용되었다. 부분 전단연결이 적용되는 합성보의 슬립거동을 나타내기 위하여 선형 부분상호작용 이론이 적용되었으며 계산의 편의를 위해서 전단-슬립관계와 모멘트 분포는 선형으로 가정되었다. 이를 기초로 하여 보의 임의 위치의 횡단면에서 힘의 평형관계와 적합조건으로부터 각 위치에서 수평전단력과 슬립을 계산할 수 있는 수치해석 과정이 유도되었다. 이와 같은 과정으로 유도된 해석모델은 이 해석모델을 사용하여 해석된 결과를 기존의 해석연구와 실험연구의 결과들과 비교하므로써 검증되었고 검증사항으로 슬립거동, 경간의 연속화, 합성보의 시간에 따른 거동에 대하여 수행되었다. 특히 슬립거동에 대한 검증을 통해 이 연구의 해석모델은 기존의 부분 전단연결에 관한 해석기법들이 초기조건에 크게 영향을 받는 제한성과 많은 요소와 절점을 사용해야 하는 비효율성을 해결할 수 있음을 알 수 있었다.
합성형 교량의 시공과정에 따른 거동을 해석하기 위하여 대표적인 두개의 합성형 교량 형식이 적용되었다. 첫번째 형식은 강재 주형에 현장 타설로 콘크리트 바닥판이 시공되는 경우이며, 두번째 형식은 precast prestressed 콘크리트 주형위에 현장 타설 콘크리트 바닥판이 타설되는 경우이다. 강합성 교량의 경우 실재 교량에 대한 실험결과와 이 연구에서 제안된 해석모델을 이용한 해석결과와의 비교가 이루어졌으며, 주형단면의 형태, 바닥판 콘크리트의 타설방법에 따른 교량의 거동이 해석되었다. 다음으로 precast prestressed 콘크리트 거더 교량의 경우 두 주형이 바닥판과 연결보강재에 의해 연속화되는 거동에 대한 바닥판 콘크리트의 건조수축 효과, 긴장력 도입시 주형의 재령, 철근량의 효과가 고려되어 그 거동이 해석되었다. 끝으로 두 가지 형태의 교량의 해석결과를 기초로 하여 ACI 모델을 이용한 바닥판의 균열제어 방안이 현장조건에 크게 영향을 받는 콘크리트의 슬럼프와 상대습도에 관하여 제안되었다.
